手机续航总不够？功耗如何优化？
时间：2021-12-09 15:43:13
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[导读]大家好，我是记得诚。移动式消费类产品设计中，功耗与续航始终是一个不小的挑战，以手机为例，电池容量越做越大，芯片功耗越来越低，但是手机续航时间并没有给消费者带来明显改善的体验。这主要在于手机新功能的加入，使得整机功耗增加，以至于大容量电池和低功耗IC延长的续航时间，又被新功能吃掉了...
大家好，我是记得诚。
移动式消费类产品设计中，功耗与续航始终是一个不小的挑战，以手机为例，电池容量越做越大，芯片功耗越来越低，但是手机续航时间并没有给消费者带来明显改善的体验。这主要在于手机新功能的加入，使得整机功耗增加，以至于大容量电池和低功耗IC延长的续航时间，又被新功能吃掉了。
功耗去哪了
比如当今流行的高刷新屏幕，早期的手机屏幕刷新率只有60Hz，现在90Hz、120Hz渐渐普及，对屏幕刷新率不敏感的用户现在也逐渐体会出高刷新率带来的更好的视觉体验。高刷新率往往意味着高数据速率，这就需要消耗更多的功耗。
同时，屏幕的亮度越来越高，早期的手机在阳光下显示基本不可见，得益于工艺的进步，现在的手机亮度轻松到达400nit，甚至逼近1000nit，屏幕本就是功耗大户，在高亮模式下，高功耗使得发热严重，而发热又进一步影响了功耗，因此夏天白天在户外，我们的手机摸起来就更热。
怕抛开CPU和GPU，喇叭也是一个功耗大户，为了提供更优秀的视听体验，近几年立体扬声器在手机领域得到众多消费者的青睐，除了喇叭喇叭本体增加了功耗，喇叭的智能功放以及背后的音效算法都会增加功耗。
此外还有相机、指纹、红外等各种各样的传感器，大家无一例外都从电池那里抢夺功耗资源。
手机功耗的优化一直是一个值得深入研究的主题，也是一个非常难的主题，需要了解软件架构策略、硬件原理方案、制造制程工艺等内容，是一个涉及范围广、知识复杂，对从业人员要求比较高的一个研究方向。
软件怎么做？
从上到下罗列功耗优化方案，首先就是软件策略优化，最简单的一个方向就是降低主频，我们日常使用手机，根本不需要手机CPU全负荷运行，DDR也没必要火力全开，根据用户使用环境合理调度各个工作任务，对资源合理分配是优化功耗最直接的策略。
对屏幕而言，虽然屏幕支持高刷，但是对于静态显示场景，比如阅读、聊天、浏览网页等场景，画面切换缓慢，此时就可以降低帧率，对帧率合理配置可以在不影响用户体验情况下大幅降低功耗，那么如何定义高、低帧率场景进而合理调用不同显示帧率，这就需要各家手机厂商对用户使用习惯进行调研，形成自己的一套控制优化策略。
我相信大部分人都知道我们不使用相机时，相机是关闭的状态，它不会进行拍照或录像的操作（当初QQ浏览器私自启动相机的行为这里不做讨论），这就是降低功耗的直接方案，用户不用的模块，就要下电或进入旁路模式进而降低功耗，更进一步地讲，手机CPU中有上百个IO引脚，这些引脚都需要根据各自的工作状态进行合理配置，在该置低时就要置低，否则可以就有几百uA甚至达到mA级别的异常耗电，这无疑会无故增加手机功耗，降低续航体验。
硬件怎么做？
对于硬件而言，表面看起来似乎没有什么可以做的，其实不然，除了选择高效低功耗的硬件实现方案，手机厂商也可以设计合理的硬件架构，在不影响性能的基础上，降低手机的无用功耗。
比如合理分配电源，无论是BUCK、BOOST开关电源还是LDO线性电源，他们的效率都不是一成不变的，我们需要设计合理的电源架构让他们工作在高效的条件来降低功耗。通常而言，开关电源的效率是要优于LDO的，因此在对电源噪声不敏感的地方可以优先使用开关电源，而对于LDO低压差线性电源，需要在尽量低的压差下使用，以此降低功耗。
在2020年初，某手机厂商推出了4 POWER屏幕的手机，其宣传点就是提升续航体验，屏幕中有一路电，是从1.8V转到1.2V，如果用线性电源供电的话效率大约有67%，如果换做开关电源的话就会提高一些效率，进而减小一些功耗，提升的效率看似不是很大，但是考虑到屏幕作为一个常亮的工作模块，其消耗的能量是和使用时长成正比的，时间越长，这个方案节省的功耗就越明显，这其实并不是什么黑科技。
此外，有的人可能会有这样的疑问，我的手机屏幕如果显示静态的画面，比如显示桌面，或一副静态图片，它还在进行数据交互吗？
这个受限于硬件方案，屏幕中可以增加一块小的缓存，用于存储显示画面，如果画面没有更新的话，屏幕就直接显示这个缓存中的内容，降低和CPU的数据流，进而降低功耗，比如手机息屏显示，就是用了这一块小小的存储空间，息屏显示时，CPU并没有一直和屏幕进行数据交互，屏幕只是从内部缓存中读取显示的画面。但是如果手机对成本就极致的要求，就可能删除这个存储，这样的话，CPU就要和屏幕保持通讯，功耗就随着增加。
以上就是关于手机功耗优化的一些讨论，功耗优化是个复杂且艰巨的工程，今天就先到这里。
移动式消费类产品设计中，功耗与续航始终是一个不小的挑战，以手机为例，电池容量越做越大，芯片功耗越来越低，但是手机续航时间并没有给消费者带来明显改善的体验。这主要在于手机新功能的加入，使得整机功耗增加，以至于大容量电池和低功耗IC延长的续航时间，又被新功能吃掉了。
功耗去哪了
比如当今流行的高刷新屏幕，早期的手机屏幕刷新率只有60Hz，现在90Hz、120Hz渐渐普及，对屏幕刷新率不敏感的用户现在也逐渐体会出高刷新率带来的更好的视觉体验。高刷新率往往意味着高数据速率，这就需要消耗更多的功耗。
同时，屏幕的亮度越来越高，早期的手机在阳光下显示基本不可见，得益于工艺的进步，现在的手机亮度轻松到达400nit，甚至逼近1000nit，屏幕本就是功耗大户，在高亮模式下，高功耗使得发热严重，而发热又进一步影响了功耗，因此夏天白天在户外，我们的手机摸起来就更热。
怕抛开CPU和GPU，喇叭也是一个功耗大户，为了提供更优秀的视听体验，近几年立体扬声器在手机领域得到众多消费者的青睐，除了喇叭喇叭本体增加了功耗，喇叭的智能功放以及背后的音效算法都会增加功耗。
此外还有相机、指纹、红外等各种各样的传感器，大家无一例外都从电池那里抢夺功耗资源。
手机功耗的优化一直是一个值得深入研究的主题，也是一个非常难的主题，需要了解软件架构策略、硬件原理方案、制造制程工艺等内容，是一个涉及范围广、知识复杂，对从业人员要求比较高的一个研究方向。
软件怎么做？
从上到下罗列功耗优化方案，首先就是软件策略优化，最简单的一个方向就是降低主频，我们日常使用手机，根本不需要手机CPU全负荷运行，DDR也没必要火力全开，根据用户使用环境合理调度各个工作任务，对资源合理分配是优化功耗最直接的策略。
对屏幕而言，虽然屏幕支持高刷，但是对于静态显示场景，比如阅读、聊天、浏览网页等场景，画面切换缓慢，此时就可以降低帧率，对帧率合理配置可以在不影响用户体验情况下大幅降低功耗，那么如何定义高、低帧率场景进而合理调用不同显示帧率，这就需要各家手机厂商对用户使用习惯进行调研，形成自己的一套控制优化策略。
我相信大部分人都知道我们不使用相机时，相机是关闭的状态，它不会进行拍照或录像的操作（当初QQ浏览器私自启动相机的行为这里不做讨论），这就是降低功耗的直接方案，用户不用的模块，就要下电或进入旁路模式进而降低功耗，更进一步地讲，手机CPU中有上百个IO引脚，这些引脚都需要根据各自的工作状态进行合理配置，在该置低时就要置低，否则可以就有几百uA甚至达到mA级别的异常耗电，这无疑会无故增加手机功耗，降低续航体验。
硬件怎么做？
对于硬件而言，表面看起来似乎没有什么可以做的，其实不然，除了选择高效低功耗的硬件实现方案，手机厂商也可以设计合理的硬件架构，在不影响性能的基础上，降低手机的无用功耗。
比如合理分配电源，无论是BUCK、BOOST开关电源还是LDO线性电源，他们的效率都不是一成不变的，我们需要设计合理的电源架构让他们工作在高效的条件来降低功耗。通常而言，开关电源的效率是要优于LDO的，因此在对电源噪声不敏感的地方可以优先使用开关电源，而对于LDO低压差线性电源，需要在尽量低的压差下使用，以此降低功耗。
在2020年初，某手机厂商推出了4 POWER屏幕的手机，其宣传点就是提升续航体验，屏幕中有一路电，是从1.8V转到1.2V，如果用线性电源供电的话效率大约有67%，如果换做开关电源的话就会提高一些效率，进而减小一些功耗，提升的效率看似不是很大，但是考虑到屏幕作为一个常亮的工作模块，其消耗的能量是和使用时长成正比的，时间越长，这个方案节省的功耗就越明显，这其实并不是什么黑科技。
此外，有的人可能会有这样的疑问，我的手机屏幕如果显示静态的画面，比如显示桌面，或一副静态图片，它还在进行数据交互吗？
这个受限于硬件方案，屏幕中可以增加一块小的缓存，用于存储显示画面，如果画面没有更新的话，屏幕就直接显示这个缓存中的内容，降低和CPU的数据流，进而降低功耗，比如手机息屏显示，就是用了这一块小小的存储空间，息屏显示时，CPU并没有一直和屏幕进行数据交互，屏幕只是从内部缓存中读取显示的画面。但是如果手机对成本就极致的要求，就可能删除这个存储，这样的话，CPU就要和屏幕保持通讯，功耗就随着增加。
以上就是关于手机功耗优化的一些讨论，功耗优化是个复杂且艰巨的工程，今天就先到这里。
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